JPH11168110A - ボンディングヘッドユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンディングヘッドの回動を許容した状態
で、ボンディングヘッドの下端部を効率よく加熱するこ
とができるボンディングヘッドユニットを提供すること
を目的とする。 【解決手段】 半導体チップＡを吸着すると共にこれを
ヒートシンクＢにボンディングするボンディングヘッド
２１と、ボンディングヘッド２１を回転自在に支持する
ヘッドホルダ２２と、ボンディングヘッド２１の下端部
を囲繞するようにヘッドホルダ２２に設けられ、ボンデ
ィングヘッド２１の下端部４１ａを加熱するヘッドヒー
タ４４と、ヘッドヒータ４４とボンディングヘッド２１
の下端部４１ａとの間に構成された間隙４６に、対流ガ
スを吹き込む対流ガス導入手段４７，４８，４９とを備
えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップ実装装置
（ダイボンダ）において、ピックアップした半導体チッ
プを加熱した状態で、ハンダを塗着した基板やヒートシ
ンクなどにボンディングするボンディングヘッドユニッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のボンディングヘッドユニ
ットとして、特開平５−２１８１１４号公報に記載のも
のが知られている。このボンディングヘッドユニット
は、半導体チップを基板などにボンディングするボンデ
ィングヘッドと、ボンディングヘッドを回転自在に支持
するヘッドホルダと、ヘッドホルダに取り付けられ、ボ
ンディングヘッドの下端部を加熱するヘッドヒータとを
備えている。ヘッドヒータはコイル状に巻回され、ボン
ディングヘッドの下端部を、所定の間隙を存して囲繞す
るように配設されている。また、この間隙は、上端およ
び下端が端板により閉塞されていて、加熱室を構成して
いる。このように、ヘッドヒータが、これを回動自在に
支持するヘッドホルダに設けられることにより、ボンデ
ィングヘッドの頻繁な回転動作を許容した状態で、ボン
ディングヘッドを介して、これに吸着した半導体チップ
の加熱できるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のボン
ディングヘッドユニットでは、ボンディングヘッド下端
部の外周面と、ヘッドヒータの内周面とが、間隙を存し
て対峙しているため、ヘッドヒータの放射により、ボン
ディングヘッドの下端部を加熱することができるもの
の、ヘッドヒータの対流による加熱は、加熱室内の自然
対流に委ねられるため、全体として加熱効率が低下する
問題があった。

【０００４】本発明は、ボンディングヘッドの回動を許
容した状態で、ボンディングヘッドの下端部を効率よく
加熱することができるボンディングヘッドユニットを提
供することをその目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のボンディングヘ
ッドユニットは、半導体チップを吸着すると共にこれを
被ボンディング対象物にボンディングするボンディング
ヘッドと、ボンディングヘッドを回転自在に支持するヘ
ッドホルダと、ボンディングヘッドの下端部を囲繞する
ようにヘッドホルダに設けられ、ボンディングヘッドの
下端部を加熱するヘッドヒータと、ヘッドヒータとボン
ディングヘッドの下端部との間に構成された間隙に、対
流ガスを吹き込む対流ガス導入手段とを備えたことを特
徴とする。

【０００６】この構成によれば、対流ガス導入手段によ
り、対流ガスをヘッドヒータとボンディングヘッドの下
端部との間に構成された間隙に吹き込むことで、間隙内
に対流ガスを強制対流させることができる。このため、
ヘッドヒータからボンディングヘッドの下端部への熱の
伝搬が促進される。なお、対流を促進させるため、間隙
に吹き込まれる対流ガスの流速は十分に遅いものとなる
ことは、いうまでもない。

【０００７】この場合、対流ガスが窒素ガスであること
が、好ましい。

【０００８】この構成によれば、間隙内において強制対
流を為し間隙の下側から流出する窒素ガスは、半導体チ
ップをボンディングする際に、半導体チップおよび被ボ
ンディング対象物を覆うように流出する。したがって、
酸化を嫌うボンディングにおいては、この窒素ガスが酸
化防止の機能を奏することになる。

【０００９】これらの場合、対流ガス導入手段は、間隙
の上部から対流ガスをほぼ水平方向に吹込み可能なガス
導入口を有することが、好ましい。

【００１０】この構成によれば、入口となる間隙の上部
から出口となる間隙の下部に向かって、対流ガスが螺旋
状に流れることになり、間隙内における対流ガスの滞留
時間が長くなると共に、対流ガスと、ヘッドヒータおよ
びボンディングヘッドの下端部の接触が促進され、熱の
伝搬が促進される。

【００１１】これらの場合、ボンディングヘッドの下端
部の外周面には、凹凸状の熱吸収部が形成されているこ
とが、好ましい。

【００１２】この構成によれば、熱吸収部により、ボン
ディングヘッド下端部の外周面の表面積（接触面積）が
大きくなり、熱吸収が促進される。

【００１３】この場合、熱吸収部は、外周面に螺刻した
ねじ山であることが好ましい。

【００１４】この構成によれば、ボンディングヘッドの
下端部の外周面に熱吸収部を簡単に形成することができ
る。また、対流ガスは、ねじ山に沿って渦流を構成しな
がら流れるため、より一層、熱吸収が促進される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の一実施形態に係るボンディングヘッドユニットを搭
載したチップ実装装置について説明する。図１はチップ
実装装置の正面図であり、同図に示すように、このチッ
プ実装装置１は、ヒートシンク供給装置２とボンディン
グ装置３とマウント装置４とで構成されている。ヒート
シンク供給装置２は、いわゆるパーツフィーダであり、
被ボンディング対象物であるヒートシンクを、整列させ
１つずつボンディング装置３に送り込む。ボンディング
装置３は、外部から供給された半導体チップを、ヒート
シンク供給装置２から供給されたヒートシンク上に、ハ
ンダを介してボンディングし、続くマウント装置４に送
り込む。

【００１６】図１の正面図および図２の側面図に示すよ
うに、ボンディング装置３は、キャビネット５内に、ヒ
ートシンク供給装置２からマウント装置４に向かってほ
ぼ水平に延びるヒートシンク用の搬送路６を備えると共
に、この搬送路６に臨むように２組のダイボンダ３ａ，
３ａを備えている。搬送路６は、搬送路ユニット７の上
部に組み込まれ、ヒートシンクを加熱すべく、常に加熱
されている。また、ヒートシンクは、ヒートシンク搬送
装置８により、搬送路６上を連続的に間欠送りされ、そ
れぞれのダイボンダ３ａ，３ａに１個ずつほぼ同時に供
給される。

【００１７】各ダイボンダ３ａは、ハンダ供給部１１と
ダイ供給部１２とプリアライメント部１３とボンディン
グ部１４とを有している。ハンダ供給部１１は、シリン
ジを用いたディスペンサ形式のものであり、搬送路６を
介して加熱されたヒートシンクの上面にハンダを塗布す
る。搬送路６は閉蓋されており、その内部は窒素ガスや
水素ガスの雰囲気で満たされ、ハンダの酸化が防止され
るようになっている。

【００１８】半導体チップは、半導体ウェーハをダイシ
ングした状態で供給される場合と、ダイシング後分離し
て専用トレイに収容た状態で供給される場合とがある
が、ダイ供給部１２は、半導体チップを１つずつピック
アップして、プリアライメント部１３に送る。プリアラ
イメント部１３では、半導体チップの欠け等に基づく不
良品の選別などが行われる。このようにして供給された
半導体チップはボンディング部１４のボンディングヘッ
ドユニット９に受け渡され、搬送路６上をヒートシンク
搬送装置８により搬送されてきたヒートシンクにボンデ
ィングされる。

【００１９】ここで図２を参照して、ボンディングヘッ
ドユニット９について詳細に説明する。同図に示すよう
に、ボンディングヘッドユニット９は、半導体チップＡ
を吸着すると共にこれをヒートシンクＢにボンディング
するボンディングヘッド２１と、ボンディングヘッド２
１を上下方向に摺動自在に且つ回動自在に保持するヘッ
ドホルダ２２と、ボンディングヘッド２１を正逆回転さ
せるモータ２３とを備えている。この場合、ヘッドホル
ダ２２は、ＸＹテーブルに取り付けた昇降機構（いずれ
も図示せず）の下端部に固定されており、ボンディング
ヘッドユニット９は、全体としてＸ方向、Ｙ方向および
Ｚ方向に移動可能に構成されている。

【００２０】ヘッドホルダ２２には、これを貫通するよ
うにボールブシュ２４が固定されており、ボールブシュ
２４には、ボンディングヘッド２１が上下方向に摺動自
在に且つ回転自在に支持されている。ボールブシュ２４
の上端部には、上下２個の軸受２５，２５を介して第１
マグネットホルダ２６が回転自在に取り付けられてい
る。第１マグネットホルダ２６の上側には第２マグネッ
トホルダ２７が配設され、第２マグネットホルダ２７は
ボンディングヘッド２１に固定されている。

【００２１】この場合、第１マグネットホルダ２６には
第１マグネット２８が埋め込まれ、第２マグネットホル
ダ２７には第２マグネット２９が埋め込まれていて、両
マグネット２８，２９は同極同士を対面させるように配
設されている。これにより、両マグネット２８，２９間
に反発力が生じ、第２マグネット２９を介してボンディ
ングヘッド２１が浮いた状態となって、ボンディングヘ
ッド２１の自重を考慮することなく、ボンディング圧を
付与できるようになっている。

【００２２】また、第２マグネットホルダ２７の上側に
は、第３マグネット３０を埋め込んだ第３マグネットホ
ルダ３１が配設されている。第３マグネットホルダ３１
は、中間部でホルダ支持アーム３２に回動自在に取り付
けられており、ホルダ支持アーム３２はヘッドホルダ２
２に立設した支持部材３３に取り付けられている。この
場合も、第２マグネット２９と第３マグネット３０は、
同極同士を対面させるように配設されている。また、支
持部材３３の上面には、ロードセル３４が上向きに取り
付けられており、ロードセル３４には、第３マグネット
ホルダ３１の延設片３１ａの下面が当接している。

【００２３】図外の昇降装置により、ボンディングヘッ
ドユニット９全体が下降して、半導体チップＡがヒート
シンクＢに接触（当接）すると、ヘッドホルダ２２に対
しボンディングヘッド２１が相対的に上昇する。する
と、ボンディングヘッド２１に固定されている第２マグ
ネット２９が、第３マグネット３０に接近して反発力を
受ける。この反発力は、ボンディング圧として、第３マ
グネットホルダ３１を介してロードセル３４で検出され
る。すなわち、ボンディングヘッドユニット９の下降が
進んで、ロードセル３４が所定のボンディング圧を検出
したところで、昇降装置が停止し、ヒートシンクＢに対
する半導体チップＡの適切なボンディングが行われる。

【００２４】一方、第１マグネットホルダ２６の下部に
は、下側から従動プーリ３６が嵌着されており、またこ
れに対応する主動プーリ３７が、モータ２３の主軸２３
ａに固定されている。主動プーリ３７と従動プーリ３６
との間には、ベルト３８が掛け渡されており、モータ２
３の回転により、ベルト３８を介して第１マグネットホ
ルダ２６がボールブシュ２４廻りに回転する。また、第
１マグネットホルダ２６と第２マグネットホルダ２７と
の間には、図示しないが係合部材が介設されており、こ
の係合部材により、第２マグネットホルダ２７が第１マ
グネットホルダ２６と連れ廻りすると共に、独自に上下
するようになっている。

【００２５】すなわち、ボンディングの際には、第２マ
グネットホルダ２７を介して、ボンディングヘッド２１
が独自に上下し、第１マグネットホルダ２６が回転する
ときには、第２マグネットホルダ２７を介して、ボンデ
ィングヘッド２１が回転する。したがって、モータ２３
の正逆回転により、第１マグネットホルダ２６および第
２マグネットホルダ２７を介して、ボンディングヘッド
２１が回転し、半導体チップＡの水平面内におけるボン
ディング角度が補正および調整できるようになってい
る。

【００２６】ボンディングヘッド２１は、半導体チップ
Ａを吸着するコレット４０と、コレット４０を保持する
コレットホルダ４１とで構成されている。コレット４０
およびコレットホルダ４１の軸心には吸引通路４２がそ
れぞれ形成されており、吸引通路４２はコレットホルダ
４１の上端部に接続した吸引パイプ４３に連通してい
る。コレットホルダ４１の下端部には、これを囲繞する
ようにヒータ４４が配設されている。ヒータ４４は、ヘ
ッドホルダ２２の下端に垂設したヒーターハウジング４
５の内周面に装着されている。この場合、コレット４０
に吸着された半導体チップＡは、このヒータ４４により
加熱され、またヒートシンクＢは搬送路Ｃに添設した図
外のヒータにより加熱されていて、ボンディングの際
に、ヒートシンクＢ上に塗着したハンダを介して、半導
体チップＡがヒートシンクＢに良好にボンディングされ
るようになっている。

【００２７】ヒータ４４は、右巻きにコイル状に巻回し
たシーズヒータで構成されており、わずかな間隙４６を
存してコレットホルダ４１の下端部に対峙している。こ
れに対応して、コレットホルダ４１の下端部４１ａの外
周面には、吸熱効率を高めるべく右ねじのねじ山４１ｂ
が螺刻されていている。一方、ヒーターハウジング４５
には、上記の間隙４６に、窒素ガスを導入するガス導入
口４７が形成されている。ガス導入口４７は水平に延び
ており、間隙４６の上部に連通している。ガス導入口４
７にはガスパイプ４８が接続され、ガスパイプ４８はガ
ス供給装置４９に接続されている。ガス供給装置４９か
らガスパイプ４８を介して供給された窒素ガスは、間隙
４６の上部から流入し、間隙４６内をゆっくり流れて、
ヒーターハウジング４５の下端から下方に向かって流下
する。すなわち、ガス導入口４７、ガスパイプ４８およ
びガス供給装置４９により、対流ガス導入手段が構成さ
れている。

【００２８】この場合、水平面内において、ガス導入口
４７を上記間隙４６の接線方向（右巻き）から接続する
ことがより好ましい。このようにすれば、窒素ガスは、
右巻きのヒータ４４および右ねじのねじ山４１ｂが螺刻
されたコレットホルダ４１の外周面に沿って、間隙４６
内を螺旋を描きながらてゆっくり流れる。これにより、
窒素ガスを熱媒体として、ヒータ４４とコレットホルダ
４１の下端部４１ａとの間で、効率良く熱交換が行われ
る。なお、窒素ガスに代えて水素ガスを用いてもよい。
また、コレットホルダ４１の下端部４１ａの外周面に、
ねじに代えてフィン状の突部を形成してもよい。いずれ
にしても、コレットホルダ４１の外周面に凹凸を設ける
ことで、窒素ガスとの接触面積を大きくすることができ
る。

【００２９】このように、間隙４６に流入した窒素ガス
は、強制対流となって、ヒータ４４の熱をコレットホル
ダ４１に効率良く伝搬する。また、コレットホルダ４１
に吸収されたヒータ４４の熱は、コレット４０を介して
半導体チップＡを加熱する。さらに、間隙４６に流入し
た窒素ガスは、ヒートシンクＢ側に流下し、ハンダの酸
化を抑制する。なお、図中の符号Ｄは、搬送路Ｃを覆う
カバーである。

【００３０】以上のように本実施形態によれば、ヒータ
４４の熱を、間隙４６を隔てて対峙するコレットホルダ
４１に伝搬させるのに、窒素ガスによる強制対流を積極
的に利用するようにしているため、半導体チップＡを短
時間で効率良く加熱することができる。また、コレット
ホルダの下端部に、ヒータを直接設ける従来のもののよ
うに、ボンディングヘッドの回転によるヒータケーブル
の損傷などの支障を生ずることがない。

【００３１】なお、本実施形態では、強制対流を発生さ
せるために、間隙に窒素ガスを吹き込むようにしている
が、単に空気を吹き込むようにしてもよい。また、ヒー
タをコレットの部分まで下側に延長するようにしてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明のボンディングヘッ
ドユニットによれば、間隙内に対流ガスを強制対流させ
ることができため、ヘッドヒータからボンディングヘッ
ド、ひいてはこれに吸着される半導体チップへの熱の伝
搬が促進され、ボンディングヘッドの回動を許容した状
態で、半導体チップを効率よく加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るボンディングヘッド
ユニットが搭載されたチップ実装装置の正面図である。

【図２】実施形態に係るボンディングヘッドユニットの
一部裁断側面図である。

【符号の説明】

１ チップ実装装置 ３ ボンディング装置 ９ ボンディングヘッドユニット ２１ ボンディングヘッド ２２ ヘッドホルダ ４０ コレット ４１ コレットホルダ ４１ａ 下端部 ４１ｂ ねじ山 ４４ ヒータ ４５ ヒータハウジング ４６ 間隙 ４７ ガス導入口 ４８ ガスパイプ ４９ ガス供給装置 Ａ 半導体チップ Ｂ ヒートシンク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを吸着すると共にこれを被
   ボンディング対象物にボンディングするボンディングヘ
   ッドと、 前記ボンディングヘッドを回転自在に支持するヘッドホ
   ルダと、 前記ボンディングヘッドの下端部を囲繞するように前記
   ヘッドホルダに設けられ、当該ボンディングヘッドの下
   端部を加熱するヘッドヒータと、 前記ヘッドヒータと前記ボンディングヘッドの下端部と
   の間に構成された間隙に、対流ガスを吹き込む対流ガス
   導入手段とを備えたことを特徴とするボンディングヘッ
   ドユニット。
2. 【請求項２】 前記対流ガスが窒素ガスであることを特
   徴とする請求項１に記載のボンディングヘッドユニッ
   ト。
3. 【請求項３】 前記対流ガス導入手段は、前記間隙の上
   部から前記対流ガスをほぼ水平方向に吹込み可能なガス
   導入口を有することを特徴とする請求項１または２に記
   載のボンディングヘッドユニット。
4. 【請求項４】 前記ボンディングヘッドの下端部の外周
   面には、凹凸形状の熱吸収部が形成されていることを特
   徴とする請求項１、２または３に記載のボンディングヘ
   ッドユニット。
5. 【請求項５】 前記熱吸収部は、前記外周面に螺刻した
   ねじ山であることを特徴とする請求項４に記載のボンデ
   ィングヘッドユニット。